Sebbene la democratizzazione del GPS sia stata introdotta per la prima volta nel mondo dell’automobile, è grazie agli smartphone e alle app di mappe e itinerari che questa funzionalità si è realmente sviluppata, offrendo la possibilità di orientarsi in modo preciso e immediato. Inoltre, anche gli orologi connessi, soprattutto quelli dedicati allo sport, alla corsa o all’outdoor, offrono oggi la connettività GPS per orientarsi e per seguire l’allenamento sportivo, calcolando la distanza percorsa in un determinato tempo e la velocità di corsa.
Tuttavia, sarebbe riduttivo limitarsi al solo GPS, considerando che i sistemi di posizionamento satellitare, noti anche come GNSS per i sistemi di navigazione satellitare globale, stanno aumentando in numero. Questo uso crescente impone nuovi standard tecnici, come ad esempio la doppia frequenza o l’A-GPS. Per comprendere appieno tutte le funzioni che possono sembrare complesse, spiegheremo in dettaglio i servizi di geolocalizzazione satellitare.
Come funziona la geolocalizzazione
La geolocalizzazione è un meccanismo che consente di determinare la posizione geografica di un oggetto, come ad esempio uno smartphone. Prima dell’avvento del GPS, gli smartphone utilizzavano principalmente la triangolazione GSM per localizzarsi. Il funzionamento di questo sistema è ancora oggi utilizzato: lo smartphone è connesso a tre antenne di rete mobile e, in base alla distanza di ciascuna di queste antenne, è in grado di fornire una stima approssimativa della propria posizione. Tuttavia, con l’avanzamento delle tecnologie, la geolocalizzazione si è evoluta e ora si basa principalmente su sistemi di posizionamento satellitare come il GPS, che consentono di localizzare un oggetto con una precisione molto maggiore.
Qual è la differenza tra la geolocalizzazione tramite GPS e tramite GSM o Wi-Fi?
Esistono vari metodi per localizzare uno smartphone, ma i più comuni sono rappresentati dal GPS, dalla triangolazione GSM e dal Wi-Fi.
Per quanto riguarda la triangolazione GSM, lo smartphone si collega a una o più antenne mobili, in base alla disponibilità di segnale. La geolocalizzazione viene calcolata in base alle antenne a cui lo smartphone si connette, fornendo un’indicazione approssimativa della posizione dell’oggetto. Questo sistema di localizzazione, tuttavia, è poco preciso e dipende principalmente dal numero di antenne disponibili per la connessione. In aree urbane, dove il numero di antenne mobili è elevato, la precisione può essere di circa 200 metri, mentre nelle zone rurali, la distanza di errore può essere di diversi chilometri.
La connessione Wi-Fi rappresenta un altro metodo di localizzazione utilizzato dagli smartphone. In questo caso, invece di utilizzare un’antenna mobile, lo smartphone individua i punti di accesso Wi-Fi nelle vicinanze e ne rileva l’indirizzo MAC. Non è necessario connettersi al router Wi-Fi, in quanto il solo riconoscimento della presenza della rete nelle vicinanze consente di fornire una geolocalizzazione relativamente precisa. Successivamente, lo smartphone utilizza dei database, come quello creato da Google tramite le sue auto di Street View, per associare una determinata rete Wi-Fi a un luogo specifico. Questo sistema di localizzazione è molto più preciso della triangolazione GSM, ma può incontrare difficoltà nelle zone rurali, dove la densità di reti Wi-Fi potrebbe non essere sufficiente per coprire l’intero territorio.
Il principio di trilaterazione
Il principio alla base del funzionamento del GPS si basa sulla trilaterazione, anziché sulla triangolazione. Per determinare la tua posizione, i satelliti inviano un segnale che viene ricevuto dalle antenne GNSS presenti sul tuo smartphone o sull’orologio. Con un solo satellite, è possibile stabilire la distanza tra te e il satellite stesso. Tuttavia, sulla Terra, ci sono numerose persone che si trovano alla stessa distanza dal satellite in questione. È per questo che un secondo satellite entra in gioco, consentendo di restringere la posizione possibile a due punti. Un terzo satellite consente infine di affinare la tua posizione geografica fino ad un singolo punto sulla superficie terrestre. In sintesi, la trilaterazione utilizzata dal GPS permette di determinare la tua posizione in modo preciso e affidabile, grazie alla collaborazione di tre o più satelliti.
Per individuare la tua posizione attraverso il GPS, è necessario che almeno tre satelliti si connettano simultaneamente al tuo smartphone o al tuo orologio, per ottenere una geolocalizzazione bidimensionale. A seconda del dispositivo che utilizzi, sarai in grado di salvare un maggior o minor numero di punti traccia relativi alla tua posizione. In sostanza, il funzionamento del GPS si basa sulla connessione di tre o più satelliti per stabilire con precisione la tua posizione sulla superficie terrestre.
Tracce GPX più o meno complete
Non tutti i dispositivi per la geolocalizzazione funzionano allo stesso modo. Ad esempio, alcuni orologi registreranno un maggior numero di punti di posizionamento rispetto ad altri. Questi punti vengono organizzati in sequenza per formare un percorso, solitamente salvato in formato GPX (GPS eXchange Format).
I file GPX contengono non solo la posizione precisa di ogni punto con la latitudine e la longitudine, ma anche l’ora e la data. Inoltre, questi file permettono di recuperare altri dati accessori, come la frequenza cardiaca, la temperatura, la velocità e la pendenza. Altri formati di file, come il .fit o il .tcx, possono offrire gli stessi dati. In sintesi, la quantità e il tipo di dati registrati dipendono dal dispositivo utilizzato per la geolocalizzazione.
Le app per l’escursionismo o alcuni orologi connessi ti consentono di esportare direttamente il tracciamento delle tue escursioni in formati come il GPX. Ciò ti permette di recuperare l’intero percorso, punto per punto, delle tue attività all’aria aperta. Tuttavia, a seconda della posizione o del dispositivo utilizzato, i grafici potrebbero presentare delle differenze. Alcuni orologi registreranno più punti, offrendo una trama più precisa, mentre altri modelli saranno meno dettagliati. In ogni caso, questi file ti permettono di avere un resoconto completo e dettagliato delle tue attività all’aria aperta, inclusi dati come la distanza percorsa, la velocità media, la frequenza cardiaca e altro ancora.
Ambienti con geolocalizzazione difficile
Per ottenere un monitoraggio preciso della tua geolocalizzazione, è necessario trovarsi in un ambiente aperto. Come abbiamo visto, per stabilire la posizione, l’orologio o lo smartphone ricevono informazioni da tre satelliti GNSS diversi. Tuttavia, le frequenze utilizzate dai servizi GNSS sono particolarmente brevi, il che significa che non deve esserci alcun ostacolo tra i satelliti e il dispositivo.
Ci sono alcuni ambienti in cui la geolocalizzazione può essere più difficile da registrare. Ad esempio, nelle grandi città con edifici alti che possono bloccare la trasmissione satellitare, nelle fitte foreste dove le cime degli alberi possono coprire il cielo, o sui sentieri di montagna situati ai margini di certi massicci o in gole.
Per compensare queste difficoltà, i produttori utilizzano diverse soluzioni. Oltre all’utilizzo di bande di frequenza aggiuntive (di cui parleremo in seguito), possono utilizzare antenne GNSS più grandi. Tuttavia, questo presenta un limite per gli orologi o i braccialetti connessi di dimensioni ridotte. Gli smartphone o gli orologi orientati all’outdoor – che sono generalmente più grandi degli orologi fitness – incorporano sistemi di antenne più avanzati che consentono un tracciamento GNSS più preciso. In sintesi, per ottenere una geolocalizzazione affidabile, è importante tenere conto dell’ambiente circostante e del tipo di dispositivo utilizzato.
GPS, Galileo, GLONASS, Beidou: i diversi servizi GNSS
Sebbene il termine GPS sia il più conosciuto dal grande pubblico, in realtà si tratta di una sola costellazione di satelliti: quelli messi in orbita e gestiti dagli Stati Uniti. Negli ultimi anni, il GPS si è trovato in concorrenza con diversi paesi e organizzazioni che cercano di offrire il proprio sistema di geolocalizzazione e navigazione satellitare, chiamato GNSS (Sistema Globale di Navigazione Satellitare).
Tra i sistemi GNSS più famosi e maggiormente adottati dai produttori, ci sono:
GPS: costellazione americana di 31 satelliti, con copertura mondiale;
Galileo: costellazione europea di 24 satelliti, con copertura mondiale;
Glonass: costellazione russa di 20 satelliti, con copertura mondiale;
Beidou: costellazione cinese di 44 satelliti, con copertura mondiale;
QZSS: costellazione giapponese di 5 satelliti, con copertura regionale;
NavIC (o IRNSS): costellazione indiana di 7 satelliti, con copertura regionale.
Anche se alcune marche di smartphone o orologi connessi comunicano la compatibilità con i sistemi QZSS o NavIC, questa compatibilità avrà scarso interesse per gli utenti in Europa, poiché queste costellazioni coprono solo le aree regionali intorno al Giappone o all’India.
Invece, la compatibilità con diverse costellazioni di satelliti consentirà al tuo orologio o smartphone di localizzarti più rapidamente, poiché è più probabile che uno dei satelliti si trovi nel raggio d’azione. Pertanto, è importante scegliere dispositivi compatibili con quante più costellazioni possibili, oltre al GPS.
Galileo, il sistema europeo di geolocalizzazione satellitare, ha una particolarità rispetto a Glonass, Beidou o GPS. Il sistema non è stato progettato per scopi militari, ma civili dall’agenzia spaziale europea, l’ESA. Galileo offre anche alcuni vantaggi rispetto al GPS, come una maggiore precisione di un metro, rispetto ai tre metri del GPS.
L1 o L5: Le due bande di frequenza del GPS
L’arrivo della funzionalità dual band L1+L5 GPS sull’Apple Watch Ultra è stata una grande novità per la società. Ma, per capire appieno l’importanza di questa funzionalità, è necessario comprendere il funzionamento dei satelliti GNSS.
Come accade per le tecnologie di comunicazione come il 4G o il 5G, anche la trasmissione del segnale tra il satellite e lo smartphone o l’orologio avviene attraverso le onde radio. Queste onde vengono trasmesse su una specifica banda di frequenza, generalmente tra pochi kHz intorno a 1,25 a 1,6 GHz.
Le costellazioni di satelliti GNSS, come il GPS, Galileo, Beidou, Glonass, QZSS e NavIC, utilizzano bande di frequenza specifiche. Ad esempio, il GPS utilizza le bande di frequenza L1, L2 e L5.
Tuttavia, alcune bande di frequenza sono riservate per uso militare e non civile, ma negli ultimi anni alcune costellazioni hanno deciso di aprire alcune bande di frequenza per applicazioni civili e commerciali. Nel caso del GPS, la banda L5 è stata aperta nel 2014 per l’uso civile e commerciale, aumentando la precisione della geolocalizzazione.
Ciò ha permesso di offrire dispositivi dual band, che utilizzano contemporaneamente la frequenza L1 e la frequenza L5, aumentando la precisione della geolocalizzazione. Questa funzionalità è ora offerta da molti produttori come Apple, Garmin e Coros.
L’Apple Watch Ultra è uno dei dispositivi più noti a offrire questa funzionalità, ma anche altri orologi connessi e smartphone sono compatibili con GNSS dual band. In alcuni modelli come il Polar Ignite 3, l’utilizzo della doppia frequenza consente di aumentare la precisione della geolocalizzazione, nonostante il formato compatto e le antenne più piccole.
A-GPS o geolocalizzazione assistita
Nlle specifiche di alcuni orologi connessi, potresti trovare la dicitura A-GPS. In realtà, si tratta di una funzione GPS “assistita” che mira a migliorare la velocità del fix, ovvero il tempo necessario al tuo smartphone o all’orologio per cercare i segnali satellitari e localizzarti.
L’assistenza viene fornita tramite uno smartphone al quale l’orologio è collegato. Non si tratta di recuperare direttamente i dati GPS del telefono stesso – poiché la geolocalizzazione dell’orologio verrebbe poi soppiantata da quella del telefono – ma di sfruttare la connessione internet del telefono per recuperare le tabelle delle effemeridi, che indicano la posizione di ogni satellite. Grazie a questi dati, l’orologio conoscerà la posizione dei satelliti dai quali riceve il segnale e non impiegherà troppo tempo a scaricare le loro informazioni.
L’altro vantaggio dell’A-GPS è la possibilità di una connessione per diverse ore consecutive, mentre il GPS convenzionale è limitato a sole quattro ore di connessione. Inoltre, se la connessione viene interrotta, il fix verrà rapidamente eseguito di nuovo, in pochi secondi, poiché non sarà necessario che lo smartphone o l’orologio tenti di connettersi a tutti i satelliti.
Sebbene i servizi GNSS siano stati lanciati con il solo GPS convenzionale per il grande pubblico, i sistemi di geolocalizzazione satellitare hanno continuato ad evolversi per offrire due vantaggi: una migliore precisione di tracciamento e una maggiore reattività, anche durante la prima connessione al servizio. Pertanto, non tutti gli orologi e gli smartphone sono uguali, e più funzioni di geolocalizzazione incorpora un orologio connesso (GNSS multiplo, doppia frequenza, A-GPS, ecc.), più efficiente sarà. Al contrario, l’esperienza con un orologio più limitato, senza A-GPS ad esempio, può essere frustrante con lunghi tempi di attesa prima che la prima correzione venga effettuata.
Inoltre, si sta continuando a fare progressi in questo settore. In particolare, Galileo punta a offrire una precisione al decimetro in futuro grazie a una nuova generazione di satelliti. Tuttavia, sarà necessario attendere prima che questa maggiore precisione venga integrata.
